Thuyết minh chi tiết công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi heo 400 m3

Giới thiệu

Tên dự án :  Hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo

Công suất : 400 m3/ ngày đêm

Địa điểm xây dựng: tỉnh Đồng Nai

Đơn vị thực hiện : CÔNG TY CP NĂNG LƯỢNG Á CHÂU (APO CORP.,)    

Tính chất nước thải đầu vào :

• BOD₅ ≤ 3.200 mg/l
• COD ≤ 6.000 mg/l
• TSS ≤ 750 mg/l
• Tổng Nitơ ≤ 700 mg/l
• Tổng Phốt pho ≤ 120 mg/l

Diện tích dành để bố trí hệ thống xử lý nước thải: Bao gồm diện tích bố trí các công trình đơn vị và các máy móc thiết bị, nhà điều hành.

Sơ đồ mặt bằng xây dựng

- Cơ sở lựa chọn công nghệ: 

Hệ thống xử lý nước thải gồm nhiều công trình đơn vị hoạt động nhằm xử lý nước thải thu gom từ các nhà nuôi heo, lưu lượng, thành phần và nồng độ nước thải chứa chất ô nhiễm cao, đặc biệt là chất thải hữu cơ, nitơ. Do đó, hệ thống phải đáp ứng được yêu cầu xử lý được các thành phần ô nhiễm đó, duy trì hiệu suất xử lý ổn định.

Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải là cơ sở tính toán để lựa chọn công nghệ xử lý cho phù hợp.

Bên cạnh đó, việc lựa chọn công nghệ phải hướng đến tối ưu về chi phí và phù hợp với trình độ chăn nuôi và sự cạnh tranh về giá thành.

Qui trình vận hành, phương pháp vận hành của hệ thống đơn giản, hợp lý với điều kiện Việt Nam.

 

- Chất lượng nước thải sau xử lý đạt QCVN 62 - MT:2016/BTNMT:

Bảng chất lượng nước thải đầu ra sau xử lý

 

Sơ đồ quy trình xử lý nước thải APO CORP và thuyết minh

Nước thải từ các khu xưởng sản xuất được thu gom về Bể CT gồm tách thô bằng lưới và tách triệt để bằng máy tách trục vít để tách triệt để lượng phân rắn giúp giảm tải cho ở các công trình phía sau. Nước thải từ bể CT được dẫn qua bể trung gian phân phối nước vào Biogas để phân hủy sinh học. Tại hầm Biogas, do tác dụng của các vi sinh vật, các chất ô nhiễm bị phân hủy và sinh ra khí mêtan,….

Nước thải sau khi ra khỏi hầm Biogas chảy về bể Wetland. Ở bể Wetland nước thải được xử lý nhờ những loại cây thuỷ sinh có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm hữu cơ. Sau đó nước thải được bơm chìm bơm vào bể Anoxic. Tại đây, quá trình phân hủy các chất hữu cơ bởi vi sinh vật trong điều kiện thiếu khí diễn ra liên tục. Các chất ô nhiễm, N, P trở thành thức ăn cho vi sinh vật bên trong bể trước khi chảy sang bể Aerotank. Tại bể aerotank, các chất ô nhiễm tiếp tục được vi sinh vật hiếu khí sử dụng làm thức ăn. Sau quá trình phân hủy sinh học, các bùn cặn hữu cơ được hình thành và theo dòng nước chảy sang bể lắng sinh học.

Tại bể lắng, các bông cặn được lắng xuống sau đó được tuần hoàn trở về bể Anoxic để duy trì nồng độ bùn hoạt tính có trong bể, phần bùn dư sẽ được bơm trở về bể CT.

Nước sau khi tách cặn chảy qua hệ thống hoá lý. Tại đây hoá chất PAC và Polymer được châm và đồng thời khuấy trộn đều cho đến khi bông cặn dần hình thành. Tại bể lắng hoá lý, các bông cặn có kích thước lớn sẽ lắng xuống đáy bể và phần nước sau khi tách bông cặn sẽ tự chảy sang bể trung gian.

Nước thải từ bể trung gian được bơm lọc bơm vào cụm bồn lọc áp lực. Nước thải sau lọc áp lực được đưa về bể khử trùng.

Tại bể khử trùng nước thải được khử trùng bằng dung dịch Javen/Chlorine để loại bỏ hoàn toàn vi khuẩn có trong nước thải, khi đó nước thải sau xử lý đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 62-MT:2016/ BTNMT, cột A.

Hầm Biogas

Mục đích :Nước thải chăn nuôi có hàm lượng chất hữu cơ rất cao, phân hủy biogas giúp tối ưu hóa chi phí cho toàn hệ thống, có nhiệm vụ xử lý COD, BOD, N, SS, … tránh hiện tượng quá tải cho công trình sau. Biogas đuợc xem là trái tim của hệ thống. Vì vậy, biogas sẽ được thiết kế, tính toán một cách tối ưu, hướng đến hiệu suất 80%, tách bùn biogas thuận tiện, dễ dàng, gần như không tốn năng lượng bằng cách lợi dụng áp suất biogas để dẩy bùn ra khỏi hầm biogas.

Thiết bị: 

Vật liệu bạt nhựa chuyên dùng hdpe lót đáy dày 0,75mm.

Nếu có đá nhọn, không đảm bảo an toàn cho bạt đáy, chúng ta sử dụng thêm đất lót và vải địa kỹ thuật để lót trước khi lót bạt nhựa chuyên dùng hdpe.

Vật liệu bạt nhựa chuyên dùng hdpe phủ nắp dày 1,5mm.

Thiết bị phao nhựa bảo trì.

Thiết bị lấy ga và van an toàn.

Hệ thống ống dẫn và phụ kiện.

Hệ béc đốt gas dư (có/không; tự động/thủ công) tùy yêu cầu.

Vi sinh đặc hiệu khởi động.

Nước thải từ quá trình chăn nuôi heo chứa hàm lượng các chất ô nhiễm cao sẽ được đưa vào bể biogas. Sản phẩm của quá trình phân hủy bao gồm hỗn hợp khí CH₄, CO₂, H₂S, H₂O… Cơ chế phân hủy gồm các gia đoạn sau:

Giai đoạn phân giải các chất hữu cơ (thủy phân): Rất nhiều chất thải hữu cơ chứa các polymer hữu cơ như protein, polysaccharide, chất béo, lignin… được phân hủy bởi các enzyme ngoại bào của vi khuẩn, tạo ra những chất có phân tử lượng nhỏ hơn và có khả năng tan trong nước, những chất này được các vi khuẩn sinh axit hấp thụ.

Giai đoạn axit: Sau khi các monomer được tạo thành từ quá trình phân giải chui được vào tế bào vi khuẩn, bắt đầu chuyển hóa thành axit. Các quá trình chuyển hóa này được thực hiện bởi các vi khuẩn Acetogenic và sản phẩm được tạo thành nhất là axit béo bay hơi. Các axit béo bay hơi sẽ chuyển hóa thành acetate và từ acetate sẽ chuyển hóa tiếp thành CO₂ và H₂O. Ngoài acetate ra, trong tế bào vi khuẩn còn tích lũy CO₂, H₂, etanol và methanol.

Giai đoạn tạo thành khí CH₄: Giai đoạn này được tạo thành bởi nhóm vi khuẩn Methanogens. Quá trình lên men qua hai con đường:

Chất hữu cơ                             CO₂ + H₂ + Acetate (1)

Chất hữu cơ                             Propionate + Butyrate + Mêtan (2)

Theo con đường (1), các loài vi khuẩn Acetoclastic sử dụng trực tiếp Acetate để tạo thành CH₄.

CH₃COO^- + H₂O                     CH₄ + Năng lượng

4H₂ + H⁺                                  CH₄ + H₂O + Năng lượng

Nước thải sau khi qua bể biogas sẽ bơm vào bể wetland (đất ngập nước)

 

WetLand

Các chất rắn lắng được sẽ lắng xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và sau đó bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí. Các chất rắn lơ lửng hoặc hữu cơ hòa tan được loại đi bởi hoạt động của các vi sinh vật nằm lơ lửng trong nước bám vào thân và rễ thực vật wetland. Ni tơ, P bị thảm thực vật hấp thu và bị loại ra khỏi hệ thống khi thu sinh khối.

Bể Aero Tank

 

Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý sinh học hiếu khí là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bằng bùn hoạt tính có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp.

Bùn hoạt tính có thể được tạo thành từ nước thải có huyền phù cao như nước thải sinh hoạt cho đến nước thải có nhiều hóa chất tổng hợp như nước thải công nghiệp. Sự hình thành bùn hoạt tính sẽ xảy ra khi nước thải có đủ các chất dinh dưỡng cho vi khuẩn. Đa số các loại nước thải đều có đủ dinh dưỡng để hình thành bùn hoạt tính, nếu không người ta có thể bổ sung chất dinh dưỡng (thường là đối với nước thải công nghiệp).

Khi bắt đầu thổi khí, tỉ số F/M (tỉ số thức ăn/sinh khối) rất cao, như vậy vi sinh vật sẽ có dư thừa thức ăn và chúng sẽ tăng trưởng theo pha log. Khi vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng thì nguyên sinh động vật cũng sẽ bắt đầu tăng trưởng theo. Trong pha log, các chất hữu cơ trong nước thải sẽ được loại bỏ với tốc độ tối đa hay nói khác đi là các chất hữu cơ được chuyển hóa nhiều nhất thành sinh khối tế bào. Mức năng lượng trong hệ thống đủ lớn để giữ cho tất cả vi sinh vật lơ lững trong hỗn dịch. Không thể có bông bùn hoạt tính được tạo thành với vi sinh vật đang tăng trưởng trong pha log.

Khi vi sinh vật tiêu thụ quá nhiều thức ăn để tạo sinh khối mới, tỉ số F/M giảm nhanh. Khi đó vi sinh vật bắt đầu tăng trưởng chậm lại, cả vi khuẩn và nguyên sinh động vật. Một số tế bào bắt đầu chết và bông bùn bắt đầu tạo thành. Khi vi khuẩn có đầy đủ năng lượng, chúng nhanh chóng phân chia hay nói cách khác là chúng tồn tại riêng rẽ để duy trì hoạt động trao đổi chất bình thường. Khi năng lượng trong hệ thống giảm dần, ngày càng có nhiều vi khuẩn không có đủ năng lượng để vượt qua lực hấp dẫn giữa chúng với nhau, chúng bắt đầu kết cụm lại với nhau: 2, 3, 4, … và cứ thế bông bùn nhỏ được tạo thành.

Tỉ số F/M tiếp tục giảm, vi sinh vật qua hết pha ổn định. Khi chúng bắt đầu vào pha trao đổi chất nội bào, tỉ số F/M sẽ duy trì không đổi trong pha này. Có thể nói, hệ thống rất ổn định trong pha trao đổi chất nội bào. Chỉ một lượng rất nhỏ chất dinh dưỡng được trao đổi chất và vi sinh vật cần một năng lượng rất ít để duy trì hoạt động sống. Dần dần vi khuẩn không còn đủ năng lượng để lấy thức ăn xung quanh nữa và chúng bắt đầu sử dụng các chất dinh dưỡng dự trữ trong tế bào, đặc biệt ở giai đoạn này, bông bùn hình thành rất nhanh.

Thông thường, khi pha trao đổi chất nội bào bắt đầu, các bông bùn nhỏ được tạo thành và chúng được tách ra khỏi nước thải (lắng). Một lượng bông bùn đậm đặc được cho vào bể xử lý sẽ làm cho tỉ số F/M trong bể giảm đi và vi khuẩn sẽ nhanh chóng tăng trưởng. Duy trì thổi khí liên tục để cho phép hệ thống luôn có một lượng nhỏ vi sinh ở pha trao đổi chất nội bào ở mỗi chu kỳ.

Như vậy chúng ta sẽ thu được  kết quả là bùn kết cụm tốt hơn còn nước sau xử lý  trong hơn.

Chủng loại vi sinh vật có trong bùn hoạt tính là: vi khuẩn, protozoa, rotifer, nấm men, tảo, nguyên sinh động vật……

Một số hình ảnh của các loại vi sinh vật có trong bùn hoạt tính:

 

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ:

 

(CHO)_nNS + O₂           CO₂ + H₂O + NH₄⁺ + H₂S + Tế bào VSV + …DH

Trong điều kiện hiếu khí NH₄+ và H₂S cũng bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:

NH₄⁺ + 2O₂                              NO₃^- + 2H⁺ + H₂O +  DH

H₂S + 2O₂                                SO₄^- + 2H⁺ +  DH                                                

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxi để cho sản phẩm là CO₂, H₂O, NO₃^- và SO₄^2-. Khi xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất béo… sẽ bị thủy phân bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các axit amin, các axit béo, các axit hữu cơ, các đường đơn…Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO₂ và H₂O. Cơ chế quá trình xử lý hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

·       Oxy hoá các chất hữu cơ:

CxHyOz  +  O₂                            CO₂ +  H₂O + DH

·       Tổng hợp tế bào mới (Quá trình đồng hóa):

CxHyOz + NH₃ + O₂          Tế bào vi khuẩn + CO₂ + H₂O + C₅H₇NO₂ -DH

·       Phân hủy nội bào (Quá trình dị hóa):

C₅H₇NO₂  + 5 O₂                5CO₂  +  2 H₂O  +  NH₃­  ±  DH

Trong bể thổi khí, việc thổi khí tạo ra điều kiện tối ưu cho quá trình sinh hóa nên tốc độ và hiệu suất xử lý cao hơn so với điều kiện tự nhiên.

Trong suốt quá trình oxy hóa chất hữu cơ, lượng oxy dư luôn được duy trì ở mức 2 mg/l. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể 3.000 - 3.200 mg/l và được kiểm soát. Từ bể thổi khí nước thải được dẫn qua bể lắng sinh học.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học hiếu khí là:  nhiệt độ, pH, lượng oxi hòa tan, tỷ lệ chất dinh dưỡng, các độc tố…

Nhiệt độ của nước thải là một trong những thông số quan trọng vì trong quá trình sinh học nhiệt độ ảnh hưởng đến đời sống của thuỷ sinh vật, đến sự hoà tan của oxi trong nước. Nhiệt độ còn là một thông số công nghệ quan trọng liên quan đến quá trình lắng của hạt cặn. Nhiệt độ còn ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng và do đó liên quan đến lực cản của quá trình lắng.

Oxi hoà tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong quá trình xử lý sinh học hiếu khí. Lượng oxi hoà tan trong nước thải ban đầu dẩn vào trạm nước thải thường bằng không hoặc rất nhỏ. Trong khi đó, đối với các công trình xử lý sinh học hiếu khí thì lượng oxi hoà tan không nhỏ hơn 2 mg/l.

Nước thải sau khi qua bể sinh học hiếu khí đi vào bể lắng sinh học.

Bể lắng sinh học

Bể lắng sinh học là bể tách bùn sinh học ra khỏi hệ thống.

Hỗn hợp bùn & nước thải rời khỏi bể sinh học hiếu khí chảy tràn vào bể lắng sinh học nhằm tiến hành quá trình tách nước và bùn. Một lượng xác định của bùn sinh học (bùn hoạt tính) được tuần hoàn lại bể sinh học hiếu khí nhằm duy trì mật độ bùn hoạt tính tối ưu trong bể.

Lượng bùn dư sau khi tuần hoàn về bể sinh học hiếu khí theo định kỳ bơm về bể chứa bùn để xử lý.

Nước thải sau tách bùn ở bể lắng sinh học được dẫn sang bể keo tụ.

Bể keo tụ tạo bông

Tại bể keo tụ và bể tạo bông, nước thải được lần lượt cho phản ứng với hóa chất keo tụ và hóa chất tạo bông với nồng độ và liều lượng thích hợp, nhằm làm mất tính ổn định của các hạt keo trong nước thải.

Sau đó, chúng sẽ kết cụm lại và hình thành các bông cặn lớn. Việc hình thành các bông cặn lớn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng tại bể lắng hóa lí phía sau để thực hiện việc tách các bông cặn khỏi nước thải tại bể lắng được thực hiện thông qua sự khác nhau về tỉ trọng.  
Công nghệ này rất hiệu quả trong việc khử màu, giảm hàm lượng cặn lơ lửng, một số kim loại nặng cũng như một phần chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải chăn nuôi…Nước thải sau bể keo tụ tạo bông được dẫn sang bể lắng hoá lý.